糙米酵素发酵工艺的中试研究

牛广财，朱 丹，左 锋，魏文毅，王宪青，关 琛，岳丽雅

（1.黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江 大庆 163319；3.黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县琳代悦源食品有限公司，黑龙江 杜尔伯特 166200）

稻谷经砻谷机脱去颖壳后即可得到糙米，它由米糠层、胚芽和胚乳组成。糙米再加工脱皮即可得到精白米，传统的精白米加工方法造成的食物资源浪费达10%～20%。因此，糙米的营养价值比精白米高[1-3]。此外，糙米中还含有γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷维醇、米糠纤维、植酸等多种生理活性成分[4]。但糙米外围被一层密度极高的粗纤维组织和糠蜡包裹，其吸水性和膨胀性很差，直接食用时口感粗糙，有一种糠的不愉快气味，蒸煮性、口感和吸收性较差[5-6]。

鉴于此，利用糙米制成糙米酵素，可以改善糙米食用品质，增加糙米的营养价值，提高糙米的保健功能。糙米酵素是在糙米中加入蜂蜜，采用酵母菌发酵而成的。酵母菌通过本身的中间代谢，使底物产生一系列的生物化学变化，实现糖类、脂质、蛋白质之间的相互转化，并为产生新的生理物质提供前体物。因此，用酵母菌将糙米发酵后，其营养价值远远超过了糙米本身，可以产生50多种酵素以及谷胱甘肽和γ-氨基丁酸[7-11]，另一方面也使糙米营养物质微细化，改善糙米食用品质[12]。目前，评价糙米酵素功效的指标有γ-氨基丁酸含量、谷胱甘肽含量、淀粉酶活力等[4，7，8，13]，前两种实际上是以其重要营养成分的含量为指标，即它们的含量能在一定程度反映出糙米酵素的营养价值。但是糙米酵素的本质是生物酶，而酶活力是酶最重要的一个指标，特别是在糙米发酵过程中，其淀粉酶变化较大。因此，本研究是在以往小试试验研究的基础上，利用酵母菌发酵法进行中试试验，用以检验小试试验研究结果的可行性，选用用比色法测定淀粉酶活力，并将其作为考察指标。以期为糙米酵素发酵的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糙米粉：黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县琳代悦源食品有限公司；活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。大麦芽：北大荒龙垦麦芽有限公司；蜂蜜、食盐：市购食用级；γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）标准品（纯度99.99%）：美国Sigma公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

DRP-9082电热恒温培养箱：上海森信实验仪器有限公司；HD-1360型超净工作台：哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；LDZX-50KBS型高压蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；730型紫外-可见分光光度计：上海光学仪器有限公司；AR2140电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；微量移液器：上海热电仪器有限公司；TD5A台式多管架离心机：长沙英泰仪器有限公司；DA-650/2S真空包装机：山东诸城市兴源包装机械厂；838-50型氨基酸自动分析仪：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 糙米酵素加工工艺流程

糙米粉、酵母活化液、蜂蜜等→混合调配→接种→控温发酵→干燥→糙米酵素

操作说明：以糙米粉质量（10g）为100%，分别添加蜂蜜8%，大麦芽粉1%，食盐1%等辅料，按150%比例加水配制培养基，并于121 ℃灭菌20 min，冷却后，分别在接种量3%～5%，发酵时间2～6 h，发酵温度27～33 ℃的条件下，发酵生产糙米酵素。发酵结束后，在50～55 ℃条件下干燥得产品。

1.3.2 发酵条件优化正交试验

根据以往的单因素试验研究结果，以淀粉酶活力为考察指标，选取接种量、发酵时间和发酵温度等因素，采用L9（33）正交方法进行试验设计[14]，优化酵母接种量、发酵时间及温度等工艺参数，正交试验因素与水平见表1。该优化研究中每次试验原料用量为100 kg，用于确定中试生产的工艺参数。

表1 发酵条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

1.3.3 检测指标

淀粉酶活力测定采用比色法[15]；γ-氨基丁酸含量参照李常钰[16]的比色法测定；氨基酸含量测定采用838-50型氨基酸自动分析仪方法；微生物检验参照GB 4789.2—2010《菌落总数测定》、GB 4789.3—2010《大肠菌群计数》、GB 4789.15—2010《霉菌计数方法》中方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 发酵条件优化正交试验

在单因素试验基础上，以淀粉酶活力为考察指标，选取接种量、发酵时间和发酵温度等因素，采用L9（33）正交设计进行试验[14]，优化酵母接种量、发酵时间及温度等工艺参数正交试验结果见表2，方差分析见表3。

表2 发酵条件优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for fermentation conditions optimization

由表2可知，对各因素的K、k及R的大小进行计算，可以得出，A因素以A2水平最佳；B因素以B3水平最佳；C因素以C2水平最佳。从R值可以判断出各因素对淀粉酶活力指标影响的主次顺序为A（接种量）＞B（发酵时间）＞C（发酵温度）。故糙米酵素发酵的最佳中试工艺条件为A2B3C2，即接种量4%，发酵时间6 h，发酵温度30 ℃。

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由正交试验方差分析（表3）可知，接种量在糙米酵素发酵过程中对结果有显著性影响（P＜0.05），发酵时间和发酵温度对试验结果没有显著性影响。

2.2 验证试验

称取同批次糙米粉3份各100 kg，按照优选的中试工艺进行重复性试验，结果见表4。从表4可以看出，各重复的淀粉酶活力稳定，平均值为442.2 U/g，重复性好，变异系数（coefficientofvariation，CV）8.7%，说明该中试工艺稳定可行。

表4 最佳中试工艺的验证试验结果Table 4 Results of proven experiment under the optimal condition

2.3 产品的氨基酸含量

从表5可知，糙米酵素的天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸的含量要明显高于糙米，分别为糙米的1.27、1.22和1.55倍。无论是糙米还是糙米酵素，其中的谷氨酸（Glu）都占主要地位。与糙米相比较，糙米酵素的必需氨基酸（essential amino acid，EAA）含量增加，特别是其中的限制性氨基酸增加较明显。氨基酸总量（10.99%）显著高于对照（8.94%）。通过酵母菌发酵，不仅使淀粉酶活力升高，还使氨基酸含量不同程度的升高。在发酵过程中，蛋白质水解为低分子肽和氨基酸，这些产物又参与分解代谢或合成新的氨基酸，因此，氨基酸的种类及数量会发生变化[5，17]。

表5 糙米酵素的氨基酸的含量Table 5 Contents of amino acids in brown rice leaven %

2.4 产品质量指标

2.4.1 感官指标

色泽：乳白色、色泽均匀；气味：醇香、有发酵香气、无异味；酸度：酸甜适口；组织形态：状态均匀，80～120目粉状；杂质：无肉眼可见的外来杂质。

2.4.2 理化指标

淀粉酶活力≥442.2 U/g；氨基酸总量≥10%；γ-氨基丁酸含量≥120 mg/100 g。

2.4.3 微生物指标

菌落总数≤10 000 CFU/g；大肠菌群≤90 MPN/g；霉菌≤50 CFU/g；致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄酒菌）：不得检出。

3 结论

正交试验优选出糙米酵素发酵的最佳中试工艺，即每100 kg原料，接种量4%，发酵时间6 h，发酵温度30 ℃。该最佳条件下，产品呈乳白色，气味醇香，酸甜适口，组织状态均匀，淀粉酶活力稳定，平均值为442.2 U/g，产品质量指标合格。验证试验结果表明该工艺稳定可行，为糙米酵素的工业化生产奠定了基础。糙米酵素是具有很强水溶性的粉末，既可以直接食用，又可以将它与其他食品配合食用。通过发酵工艺提高了糙米的功能特性，使糙米营养物质微细化。今后可将糙米酵素作为食品基料及保健成分应用到传统食品生产中，也可用于开发新型富含糙米酵素的功能性食品。

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